Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики (Электричество и магнетизм. Ч.3). Миловидова С.Д - 21 стр.

UptoLike

21
Площадь, ограниченная петлей магнитного гистерезиса , характеризует
работу, затраченную внешним магнитным полем на однократное
перемагничивание ферромагнетика. Эта работа выделяется в виде теплоты.
Выше отмечалось, что ферромагнетики (в отличие от диа-
парамагнетиков ) обладают характерной особенностью - ниже точки Кюри они
разбиваются на самопроизвольно намагниченные до насыщения области или
домены. Линейные размеры ферромагнитных доменов 10
-2
- 10
-3
см . При
достаточно сильном магнитном поле
H
H магнитные моменты отдельных
доменов выстраиваются параллельно внешнему полю и ферромагнетики
быстро намагничиваются до насыщения. При выключении внешнего
магнитного поля тепловое движение не в состоянии полностью разрушить
доменную структуру, т .е. сохраняется остаточная магнитная индукция. Для
размагничивания необходимо приложить магнитное поле, напряженность
которого равна коэрцитивному полю . Этим объясняется магнитный гистерезис.
Размагничиванию способствуют также встряхивание и температурный нагрев .
При температуре , равной точке Кюри (например, для железа она равна 770
о
С),
тепловое движение оказывается способным дезориентировать атомы в самих
доменах, вследствие чего ферромагнетик превращается в парамагнетик .
1. Изучение ферромагнетиков статическим методом
Приборы и принадлежности: прибор для измерения магнитной индукции,
амперметр, два реостата, два коммутатора, источник постоянного тока (1,25 В ),
трансформатор , ключ, добавочные сопротивления, исследуемые материалы в
виде стержней.
Описание схемы и методики измерений
Основной частью схемы (рис.5) является измерительный прибор
магнитоэлектрической системы, в котором постоянный магнит заменен
электромагнитом .
Сердечником электромагнита служит исследуемый ферромагнетик ,
изготовленный в виде стержня. При пропускании по обмотке электромагнита
постоянного тока J внутри образца создается магнитное поле , напряженность
H
которого можно вычислить по формуле для соленоида:
,
nJ
H
=
(7)
где n - число витков на единицу длины соленоида. В результате в стержне
возникнет магнитный поток
BS
=
, который , в свою очередь, создает
магнитное поле в зазоре, где находится катушка с током .
Вращающий момент , действующий на катушку в этом магнитном поле,
равен
BJaS
=
Μ
1
, (8)
где
a
- число витков катушки, S - площадь витка катушки. При выводе рамки
катушки из положения равновесия возникает противодействующий вращению
момент , т .к . она укреплена на упругих пружинах. Величина этого момента
равна
                                               21
         П лощ адь, ограниче нная п е т ле й м агнит ногогист е ре зиса, харак т е ризуе т
работ у, зат раче нную           в не ш ним м агнит ным п оле м на однок рат ное
п е ре м агничив ание фе рром агне т ик а. Эт а работ а в ыде ляе т ся в в иде т е п лот ы.
         В ыш е от м е чалось, чт о фе рром агне т ик и (в от личие от диа-
п арам агне т ик ов ) обладаю т харак т е рной особе нност ью - ниже т очк и К ю ри они
разбив аю т ся на сам оп роизв ольно нам агниче нные до насыщ е ния област и или
дом е ны. Л ине й ные разм е ры фе рром агнит ных дом е нов 10-2 - 10-3 см . П ри
дост ат очно сильном м агнит ном п оле H H м агнит ные м ом е нт ы от де льных
дом е нов в ыст раив аю т ся п аралле льно в не ш не м у п олю и фе рром агне т ик и
быст ро нам агничив аю т ся до насыщ е ния. П ри в ык лю че нии в не ш не го
м агнит ного п оля т е п лов ое дв иже ние не в сост оянии п олност ью разруш ит ь
дом е нную ст рук т уру, т .е . сохраняе т ся ост ат очная м агнит ная индук ц ия. Д ля
разм агничив ания не обходим о п риложит ь м агнит ное п оле , нап ряже нност ь
к от орогорав на к оэрц ит ив ном у п олю . Эт им объясняе т ся м агнит ный гист е ре зис.
Р азм агничив анию сп особст в ую т т ак же в ст ряхив ание и т е м п е рат урный нагре в .
П ри т е м п е рат уре , рав ной т очк е К ю ри (нап рим е р, для же ле за она рав на 770оС),
т е п лов ое дв иже ние ок азыв ае т ся сп особным де зорие нт иров ат ь ат ом ы в сам их
дом е нах, в сле дст в ие че гофе рром агне т ик п ре в ращ ае т ся в п арам агне т ик .

           1.     И зуче ние ф е рромагне тиковстатиче ским ме тод ом

    П риборы и п ринадле жност и: п рибор для изм е ре ния м агнит ной индук ц ии,
ам п е рм е т р, дв а ре ост ат а, дв а к ом м ут ат ора, ист очник п ост оянногот ок а (1,25 В ),
т рансформ ат ор, к лю ч, добав очные соп рот ив ления, иссле дуе м ые м ат е риалы в
в иде ст е ржне й .
                          О писание схе мы и ме тод ики изме ре ний
        О снов ной част ью схе м ы (рис.5) яв ляе т ся изм е рит е льный п рибор
м агнит оэле к т риче ск ой сист е м ы, в к от ором п ост оянный м агнит зам е нен
эле к т ром агнит ом .
Се рде чник ом         эле к т ром агнит а        служит       иссле дуе м ый  фе рром агне т ик ,
изгот ов ле нный в в иде ст е ржня. П ри п роп уск ании п о обм от к е эле к т ром агнит а
п ост оянного т ок а J в нут ри образц а создае т ся м агнит ное п оле , нап ряже нност ь
 H к от орогом ожнов ычислит ьп оформ уле для соле ноида:
                                        H = nJ ,                                           (7)
где n - число в ит к ов на е диниц у длины соле ноида. В ре зульт ат е в ст е ржне
в озник не т м агнит ный п от ок Φ = BS , к от орый , в св ою оче ре дь, создае т
м агнит ное п оле в зазоре , где находит ся к ат уш к а с т ок ом .
        В ращ аю щ ий м ом е нт , де й ст в ую щ ий на к ат уш к у в эт ом м агнит ном п оле ,
рав е н
                                           Μ 1 = BJaS ,                                    (8)
где a - числов ит к ов к ат уш к и, S - п лощ адь в ит к а к ат уш к и. П ри в ыв оде рам к и
к ат уш к и из п оложе ния рав нов е сия в озник ае т п рот ив оде й ст в ую щ ий в ращ е нию
м ом е нт , т .к . она ук ре п ле на на уп ругих п ружинах. В е личина эт ого м ом е нт а
рав на